Idag på EU:s PVSEC-konferens, imec, det världsledande forsknings- och innovationsnavet inom nanoelektronik, energi och digital teknik, presenterar en tunnfilm tandemsolcell bestående av en toppperovskitcell utvecklad av Imec inom partnerskapen mellan EnergyVille och Solliance, och en botten CIGS-cell från Center for Solar Energy and Hydrogen Research (ZSW, Stuttgart, Tyskland). Tandemcellen som är ett resultat av detta samarbete uppnår en rekordeffektiv effektivitet på 24,6 procent.

Perovskit-toppcellen i tandemet använder ljus i den synliga delen av solspektrumet, medan ljuset i det nära IR-spektrumet som passerar genom perovskitcellen skördas av den underliggande CIGS-cellen. På det här sättet, tandemcellen överträffar signifikant de fristående perovskit- och CIGS-cellerna. Dessutom, både perovskit- och CIGS-celler är tunnfilmssolceller, banar väg för högeffektiva flexibla solceller och bygger integrerade solcellslösningar (BIPV).

Den 4-terminala tandemen består av en perovskitsolcell staplad ovanpå en CIGS-cell, baserat på ett helt skalbart enhetskoncept för att möjliggöra industriell adoption av processen. Den nya rekordeffektiviteten på 24,6 procent uppnåddes tack vare flera innovationer. För det första, transmittansen av perovskitcellen för nära-IR-ljus förbättrades genom att lägga till optiska kopplingsskikt till tandemstacken och genom att optimera de transparenta elektroderna. För det andra, själva perovskiten optimerades i form av ett brett bandgap på 1,72 eV för högre tandemeffektivitet.

CIGS-cellen med en storlek på 0,5 cm² har tillverkats vid högeffektiva linjen på ZSW, använda alla optimerade processer som är nödvändiga för att förbereda inspelningsenheter. Det var således det idealiska provet för kombination med perovskitcellen. Ytterligare förbättringar av tekniken kommer i slutändan att bana väg för tunnfilms tandemsolceller med verkningsgrader på mer än 30 procent.

"Vi arbetar med två typer av tandemceller, " förklarar Tom Aernouts, gruppledare för tunnfilmssolceller på imec/EnergyVille. "Vi kombinerar vår toppmoderna perovskiteteknologi med kisel- eller CIGS-bottenceller. Fördelen med CIGS är att det är en tunnfilmsteknologi, precis som perovskite, och att tandemcellerna därför kan tillverkas i en mängd olika former och storlekar. Detta gör det möjligt att använda denna teknik i byggnadsintegrerade PV-applikationer. Framtida arbete kommer att fokusera på att skala upp tekniken mot större moduler. Dessutom, vi kommer också att undersöka utvecklingen av lösningar för tvåterminala celler på grund av deras betydelse för PV-industrin. I slutet, det är antagandet av våra resultat av våra industriella partners som är viktigt."

"Vi har två faktorer att tacka för rekordeffektiviteten, " säger Prof. Dr. Michael Powalla, styrelseledamot och chef för solcellsavdelningen vid ZSW. "Å ena sidan till den förbättrade perovskitcellen, å andra sidan till en av världens bästa effektivitetsvinster för CIGS-celler. Det finns flera parametrar för CIGS-cellen som vi kan optimera med avseende på dess kombination med perovskite-toppcellen. Således, vi förväntar oss ännu bättre effektivitetsvärden i framtiden, banar väg för ytterligare kostnadsminskningar."

Denna prestation är resultatet av ett varaktigt internationellt samarbete mellan imec, ZSW och Karlsruhe Tekniska Högskola.